JP5098276B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に皮膚表面の形状を検出する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to the production how a semiconductor device, particularly relates to the production how the semiconductor device for detecting the shape of the skin surface.

情報化社会の進展に伴い、セキュリティ技術への関心が高まっている。情報化社会では、電子現金化などのシステム構築のための本人認証技術が、重要な鍵となってきている。このためには、指紋による本人認証技術が注目されている。   With the progress of the information society, interest in security technology is increasing. In the information society, identity authentication technology for system construction such as electronic cashing has become an important key. For this purpose, fingerprint authentication technology has attracted attention.

特に最近では、小型化、加工性のし易さから、LSIを用いて作製された容量型の指紋センサが開発されている(特許文献1参照。)。
このセンサは、LSIチップ上に2次元に配列された複数のセンサにより、帰還静電容量方式を利用して皮膚の凹凸パターンを検出するものである。
Particularly recently, a capacitive fingerprint sensor manufactured using an LSI has been developed because of its small size and ease of workability (see Patent Document 1).
This sensor detects a concavo-convex pattern on the skin using a feedback capacitance method by a plurality of sensors arranged two-dimensionally on an LSI chip.

原理的には、容量型の指紋センサは、半導体基板上にセンサ電極を形成し、これらの上にパシベーション膜を形成し、パシベーション膜を介して皮膚表面とセンサ電極とによる容量を検出し、皮膚表面の凹凸形状を検出するセンサである。以下に、その原理を説明する。   In principle, a capacitive fingerprint sensor forms a sensor electrode on a semiconductor substrate, forms a passivation film on these, detects the capacitance between the skin surface and the sensor electrode via the passivation film, and It is a sensor that detects the surface irregularity shape. The principle will be described below.

図7は容量型の指紋センサの原理を説明する要部模式図であり、(A)は指紋センサを構成する半導体装置の要部断面模式図であり、(B)は指紋センサの要部平面模式図である。   FIG. 7 is a schematic diagram of a main part for explaining the principle of a capacitive fingerprint sensor, (A) is a schematic cross-sectional view of the main part of a semiconductor device constituting the fingerprint sensor, and (B) is a plan view of the main part of the fingerprint sensor. It is a schematic diagram.

この容量型の指紋センサは、図7(A)に示すように、LSI等の形成された半導体基板100上に、絶縁層101を介して配線層102を備え、この上に絶縁層103を備えている。   As shown in FIG. 7A, this capacitive fingerprint sensor includes a wiring layer 102 via an insulating layer 101 over a semiconductor substrate 100 formed of LSI or the like, and an insulating layer 103 thereon. ing.

また、絶縁層103上には、例えば平面形状が矩形のセンサ電極104が形成されている。センサ電極104は、絶縁層103に形成されたコンタクトホール内のコンタクトプラグ105を介して配線層102に接続されている。   On the insulating layer 103, for example, a sensor electrode 104 having a rectangular planar shape is formed. The sensor electrode 104 is connected to the wiring layer 102 via a contact plug 105 in a contact hole formed in the insulating layer 103.

絶縁層103上には、センサ電極104を覆うように、例えばSiN(窒化シリコン)で構成されるパシベーション膜106が形成され、センサ素子が構成されている。これらで構成されているセンサ素子は、図7(B)に示すように、隣接するセンサ素子のセンサ電極104が接触しないように、2次元的に複数配置されている。   On the insulating layer 103, a passivation film 106 made of, for example, SiN (silicon nitride) is formed so as to cover the sensor electrode 104, thereby constituting a sensor element. As shown in FIG. 7B, a plurality of these sensor elements are two-dimensionally arranged so that sensor electrodes 104 of adjacent sensor elements do not come into contact with each other.

次に、容量型の指紋センサの動作について説明する。指紋検出のときは、まず、指紋検出対象の指が、パシベーション膜106に接触する。パシベーション膜106の表面に指が接触すると、センサ電極104上では、パシベーション膜106に触れた皮膚が電極として機能し、センサ電極104との間で容量が形成される。この容量は、配線層102を介して図示しない検出部に検出される。指先の指紋は、皮膚の凹凸により形成されているので、パシベーション膜106に指を接触させた場合、電極としての皮膚と、センサ電極104との距離は、指紋を形成している凸部と凹部とで異なることになる。   Next, the operation of the capacitive fingerprint sensor will be described. At the time of fingerprint detection, first, a fingerprint detection target finger comes into contact with the passivation film 106. When a finger touches the surface of the passivation film 106, the skin touching the passivation film 106 functions as an electrode on the sensor electrode 104, and a capacitance is formed between the sensor electrode 104 and the sensor electrode 104. This capacitance is detected by a detection unit (not shown) via the wiring layer 102. Since the fingerprint of the fingertip is formed by the unevenness of the skin, when the finger is brought into contact with the passivation film 106, the distance between the skin as the electrode and the sensor electrode 104 is the convex portion and the concave portion forming the fingerprint. It will be different.

この距離の違いは、容量の違いとして検出されることになる。したがって、これら異なる容量の分布を検出していけば、それは指紋の凸部の形状となる。即ち、この容量型センサにより、皮膚の微細な凹凸状態を感知することができる。   This difference in distance is detected as a difference in capacity. Therefore, if these different capacitance distributions are detected, it becomes the shape of the convex portion of the fingerprint. That is, this capacitive sensor can detect a fine uneven state of the skin.

ところで、容量型の指紋センサを含めた半導体装置の表面を保護するためには、上述したように、SiN膜のようなパシベーション膜106がその表面に被覆されている。
また、最近では、パシベーション膜に緩衝性を持たせるために、有機物であるポリイミド膜がパシベーション膜として用いられる(例えば、特許文献2参照。)。
By the way, in order to protect the surface of the semiconductor device including the capacitive fingerprint sensor, as described above, the passivation film 106 such as a SiN film is coated on the surface.
Recently, an organic polyimide film is used as a passivation film in order to provide a buffering property to the passivation film (see, for example, Patent Document 2).

このようなポリイミド膜には、通常、アミド酸系のポリイミドが用いられ、膜厚3000nm、ポリイミドの形成温度が320℃〜380℃程度で形成されている。
ここで、パシベーション膜の機能を充分に発揮させるには、その膜厚を厚くしたり、或いはパシベーション膜を何層かに積層させて半導体装置の表面に形成させるのが望ましい。
特開2003−269907号公報 特許第3630483号公報
Such a polyimide film is usually made of an amic acid-based polyimide, and is formed at a film thickness of 3000 nm and a polyimide forming temperature of about 320 ° C. to 380 ° C.
Here, in order to fully exhibit the function of the passivation film, it is desirable to increase the film thickness or to stack the passivation film in several layers and form it on the surface of the semiconductor device.
JP 2003-269907 A Japanese Patent No. 3630483

しかしながら、容量型の指紋センサにおいては、パシベーション膜を厚く形成させたり、何層にも積層させたりすると、センサ電極とセンサ表面に接触する指との間の距離が離れてしまい、センサ電極とセンサ表面との容量が減少し、指紋を検出する感度が極端に減少するという問題がある。   However, in a capacitive fingerprint sensor, if the passivation film is formed thick or stacked in layers, the distance between the sensor electrode and the finger that contacts the sensor surface increases, and the sensor electrode and the sensor There is a problem that the capacitance with the surface is reduced, and the sensitivity for detecting fingerprints is extremely reduced.

容量型の指紋センサの感度を向上させるには、センサ電極と指表面との距離を短くさせることが望ましく、このためにはパシベーション膜の膜厚を薄膜化させるのが望ましい。
そのために、従来の容量型の指紋センサにおいては、アミド酸系のポリイミド樹脂の膜厚を極限まで薄くして、ポリイミド膜厚を1000nm程度に形成している。しかしながら、アミド酸系のポリイミド樹脂を更に薄くして形成すると、膜自身の強度が低下するため、これ以上の膜厚の薄膜化は困難であった。
In order to improve the sensitivity of the capacitive fingerprint sensor, it is desirable to shorten the distance between the sensor electrode and the finger surface. For this purpose, it is desirable to reduce the thickness of the passivation film.
Therefore, in the conventional capacitive fingerprint sensor, the film thickness of the amic acid-based polyimide resin is made as thin as possible, and the polyimide film thickness is formed to about 1000 nm. However, if the amidic acid-based polyimide resin is formed to be thinner, the strength of the film itself is lowered, so that it is difficult to reduce the film thickness beyond this.

一方、最近ではエステル系樹脂のポリイミドが開発され、アミド酸系樹脂より低温でイミド化形成できるポリイミド樹脂が出現してきた。このエステル系樹脂ポリイミドは、アミド酸系ポリイミドと比較して、同じ膜厚で膜強度がやや高いという特徴を持っていることが実験により分かった。そこで、容量型の指紋センサにエステル系ポリイミドを用いたところ、ポリイミド膜厚800nmまでは同等な強度が得られたが、800nm以下にするとパシベーション膜の信頼性が低下することが問題となった。更に、アミド酸系ポリイミドと比較して、イミドの反応温度が低いせいか、一気に高温キュアを加えると、イミド膜が均一に形成できない問題が生じた。一気に加熱すると膜破裂が部分的に生じることもあった。もともとエステル系ポリイミドは低温で架橋反応するように開発されたものであるため、320℃以上の高温で形成する方法に対しては利用範囲外または保証範囲外となっている。   On the other hand, recently, an ester resin polyimide has been developed, and a polyimide resin that can be imidized at a lower temperature than an amic acid resin has appeared. Experiments have revealed that this ester-based resin polyimide has the same film thickness and slightly higher film strength than amidic acid-based polyimide. Therefore, when ester-based polyimide was used for a capacitive fingerprint sensor, the same strength was obtained up to a polyimide film thickness of 800 nm. However, when the film thickness was 800 nm or less, the reliability of the passivation film was lowered. Furthermore, since the reaction temperature of the imide is lower than that of the amic acid-based polyimide, there is a problem that the imide film cannot be formed uniformly when high temperature curing is applied at once. When heated at once, film rupture may occur partially. Originally, ester-based polyimide was developed so as to undergo a crosslinking reaction at a low temperature, and thus is outside the range of use or guaranteed for a method of forming at a high temperature of 320 ° C. or higher.

つまり、アミド酸系ポリイミドを用いる場合、1000nm以下で形成すると、指との摩擦に耐えられる膜強度が充分に得られない問題が生じる。一方、エステル系ポリイミドを用いる場合、800nm以下で形成すると、指との摩擦に耐えられる膜強度が十分に得られず、更に高温キュアを用いる場合、イミド膜が均一に形成できないなどの問題がある。そのため、ポリイミド膜厚を800nm以下に形成することができなかった。   That is, when an amic acid-based polyimide is used, if it is formed with a thickness of 1000 nm or less, there arises a problem that a film strength that can withstand friction with a finger cannot be obtained sufficiently. On the other hand, when an ester-based polyimide is used, if it is formed at 800 nm or less, a film strength that can withstand friction with a finger cannot be obtained sufficiently, and if a high-temperature cure is used, an imide film cannot be formed uniformly. . Therefore, the polyimide film thickness could not be formed to 800 nm or less.

このような問題を解決するためには、800nm以下の極薄のポリイミド膜を容量型の指紋センサである半導体装置の表面に形成させ、充分な感度且つ強度を備えた半導体装置をどのように実現させるかが課題となる。   In order to solve these problems, how to realize a semiconductor device with sufficient sensitivity and strength by forming an ultra-thin polyimide film of 800 nm or less on the surface of a capacitive fingerprint sensor semiconductor device. The issue is whether to do this.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、800nm以下のポリイミド膜をパシベーション膜として用い、充分な感度且つ強度等を備えた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, with the following polyimide film 800nm as the passivation film, and an object thereof is to provide a manufacturing how a semiconductor device having a sufficient sensitivity and strength, etc. .

本発明の一観点によれば、絶縁層を介して皮膚表面とセンサ電極との容量を検出し、前記皮膚表面の形状を検出する半導体装置の製造方法において、前記センサ電極上に酸化シリコンを含む第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜上に窒化シリコンを含む第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の絶縁膜上にポリイミドを含む第3の絶縁膜を形成する工程と、を有し、前記絶縁層は、前記第1の絶縁膜、前記第2の絶縁膜、及び前記第3の絶縁膜を有し、前記第3の絶縁膜を形成する工程は、前記第3の絶縁膜を加熱して硬化させる工程を含み、前記第3の絶縁膜は、前記半導体装置の最上層に形成され、膜厚が400nm以上700nm以下である半導体装置の製造方法が提供される。 According to an aspect of the present invention , in a method of manufacturing a semiconductor device that detects a capacitance between a skin surface and a sensor electrode via an insulating layer and detects a shape of the skin surface, the sensor electrode includes silicon oxide. Forming a first insulating film; forming a second insulating film containing silicon nitride on the first insulating film; and a third insulating film containing polyimide on the second insulating film. Forming the third insulating film, wherein the insulating layer includes the first insulating film, the second insulating film, and the third insulating film. includes the step of heating and curing the said third insulating film, the third insulating film, the formed on the uppermost layer of the semiconductor device manufacturing method having a thickness of the semiconductor device is 400nm or more 700nm or less Is provided.

このような半導体装置の製造方法では、絶縁層を介して皮膚表面とセンサ電極との容量を検出し、皮膚表面の形状を検出する半導体装置の製造方法において、半導体装置の最上層に膜厚が400nm以上700nm以下の絶縁膜が形成される。 In such a method for manufacturing a semiconductor device, in the method for manufacturing a semiconductor device in which the capacitance between the skin surface and the sensor electrode is detected via an insulating layer and the shape of the skin surface is detected, the film thickness is formed on the uppermost layer of the semiconductor device. An insulating film having a thickness of 400 nm to 700 nm is formed.

開示の技術により、充分な感度且つ強度等を備えた半導体装置の製造方法及び半導体装置を実現することができる。
With the disclosed technology , a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device with sufficient sensitivity and strength can be realized.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
最初に、容量型の指紋センサを構成する半導体装置の最上層に形成するパシベーション膜の製造方法の基本原理について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the basic principle of a method for manufacturing a passivation film formed on the uppermost layer of a semiconductor device constituting a capacitive fingerprint sensor will be described.

図1はパシベーション膜の製造方法のフローを説明する図である。
先ず、センサ電極を構成する半導体装置の上層に第1のパシベーション膜である絶縁膜として、例えば窒化シリコン膜を形成した後に、SiN膜上に、第2のパシベーション膜である絶縁膜として、例えば非感光性ポリイミドを塗布する(ステップS1)。続いて、非感光性ポリイミド膜のプレベーキングを行う(ステップS2)。次に、非感光性ポリイミド膜のパターニングを行うために、非感光性ポリイミド膜上に、レジストを塗布する(ステップS3)。続いて、レジスト層のベーキングを行う(ステップS4)。次いで、レジスト層の露光を行う(ステップS5)。次いで、レジスト層の現像を行い、レジスト層を非感光性ポリイミド膜上から除去する(ステップS6)。ここで、レジスト層を非感光性ポリイミド膜上から除去した後には、非感光性ポリイミド膜にパターンが形成されている。
FIG. 1 is a diagram illustrating a flow of a method for manufacturing a passivation film.
First, an insulating film that is a first passivation film, for example, a silicon nitride film is formed on the upper layer of the semiconductor device that constitutes the sensor electrode, and then an insulating film that is a second passivation film is formed on the SiN film. Photosensitive polyimide is applied (step S1). Subsequently, pre-baking of the non-photosensitive polyimide film is performed (step S2). Next, in order to perform patterning of the non-photosensitive polyimide film, a resist is applied on the non-photosensitive polyimide film (step S3). Subsequently, the resist layer is baked (step S4). Next, the resist layer is exposed (step S5). Next, the resist layer is developed, and the resist layer is removed from the non-photosensitive polyimide film (step S6). Here, after the resist layer is removed from the non-photosensitive polyimide film, a pattern is formed on the non-photosensitive polyimide film.

そして、パターニングされた非感光性ポリイミド膜を乾燥させた後に、非感光性ポリイミド膜を所定の温度、雰囲気でプレキュアを行う(ステップS7)。続いて、非感光性ポリイミド膜を所定の温度、雰囲気でキュアを行い、硬化させる(ステップS8)。最後に、非感光性ポリイミド膜をより硬化させるために、後処理を行う(ステップS9)。そして、最終的に膜厚が400nm〜700nmの非感光性ポリイミド膜を半導体装置の最上層に形成させる(ステップS10)。   Then, after drying the patterned non-photosensitive polyimide film, the non-photosensitive polyimide film is pre-cured at a predetermined temperature and atmosphere (step S7). Subsequently, the non-photosensitive polyimide film is cured and cured at a predetermined temperature and atmosphere (step S8). Finally, post-processing is performed to further cure the non-photosensitive polyimide film (step S9). Finally, a non-photosensitive polyimide film having a film thickness of 400 nm to 700 nm is formed on the uppermost layer of the semiconductor device (step S10).

このようなフローにより、容量型の指紋センサを構成する半導体装置の最上層に極薄の非感光性ポリイミド膜で構成されたパシベーション膜を形成することができる。
尚、非感光性ポリイミドに代えて、感光性ポリイミドを用いる場合は、上記のフローからステップS3,ステップS4,ステップS6を略し、ステップS5において感光性ポリイミドを直接露光する。その結果、直接的に感光性ポリイミドを露光し、パターニングをすることにより、半導体装置の最上層に感光性ポリイミド膜で構成されたパシベーション膜を形成することができる。また、ポリイミドの材質は例えば、エステル系ポリイミドを用いる。
By such a flow, a passivation film made of an extremely thin non-photosensitive polyimide film can be formed on the uppermost layer of the semiconductor device constituting the capacitive fingerprint sensor.
When photosensitive polyimide is used instead of non-photosensitive polyimide, Step S3, Step S4, and Step S6 are omitted from the above flow, and the photosensitive polyimide is directly exposed in Step S5. As a result, a passivation film made of a photosensitive polyimide film can be formed on the uppermost layer of the semiconductor device by directly exposing and patterning the photosensitive polyimide. The polyimide material is, for example, ester-based polyimide.

このように、容量型の指紋センサを構成する半導体装置の製造方法においては、パシベーション膜であるSiN膜及びポリイミド膜の絶縁層を介して皮膚表面と導電膜との容量を検出し、半導体装置の最上層に膜厚が400nm〜700nm以下のポリイミド膜が形成される。   Thus, in the method of manufacturing a semiconductor device constituting a capacitive fingerprint sensor, the capacitance between the skin surface and the conductive film is detected through the insulating layer of the SiN film and the polyimide film as the passivation film, and the semiconductor device A polyimide film having a thickness of 400 nm to 700 nm or less is formed on the uppermost layer.

このような、パシベーション膜の製造方法によれば、最上層に形成されたパシベーション膜であるポリイミド膜の膜厚が極薄に形成されているので、容量型の指紋センサを構成する半導体装置に備えられているセンサ電極から指の皮膚表面までの距離をより短縮することができる。その結果、パシベーション膜を介したセンサ電極と皮膚表面との容量を増加させることができ、指紋の凹凸形状を検出する場合の感度を向上させることができる。   According to such a passivation film manufacturing method, the polyimide film, which is the passivation film formed in the uppermost layer, is formed with a very thin film thickness, so that it is provided in a semiconductor device constituting a capacitive fingerprint sensor. The distance from the sensor electrode to the finger skin surface can be further shortened. As a result, the capacitance between the sensor electrode and the skin surface through the passivation film can be increased, and the sensitivity when detecting the uneven shape of the fingerprint can be improved.

また、ポリイミド膜を極薄く形成させても、ポリイミド膜が充分な機械強度を備えているので半導体装置の信頼性については、従来品と同等或いは、従来品より向上させることが可能になる。   Even if the polyimide film is formed to be extremely thin, the polyimide film has sufficient mechanical strength, so that the reliability of the semiconductor device can be equal to or improved from the conventional product.

さらに、ポリイミド膜の膜厚を極薄としたことにより、ESD(Electro Static Discharge)ホール部(後述)とポリイミド膜表面との距離がより短縮する。従って、ポリイミド膜表面に帯電(チャージアップ)した電荷は、ESDホール部に拡散し易くなる。その結果、帯電がセンサ電極と皮膚表面との容量に及ぼす影響を低減させることができ、容量型の指紋センサの感度をより向上させることができる。   Furthermore, by making the film thickness of the polyimide film extremely thin, the distance between the ESD (Electro Static Discharge) hole (described later) and the polyimide film surface is further shortened. Therefore, the charge charged (charged up) on the polyimide film surface is likely to diffuse into the ESD hole portion. As a result, the influence of charging on the capacitance between the sensor electrode and the skin surface can be reduced, and the sensitivity of the capacitive fingerprint sensor can be further improved.

ここでポリイミド膜を400nm以下に形成し、更に指紋の検出率を向上させても良いが、ポリイミド膜を400nm以下に薄くすると、緩衝材としての効果が更に低くなることと、ポリイミド膜の膜強度が更に低下してしまうので、十分な信頼性保証(指で擦ることによるポリイミド破損など)を得られなくなってしまう。そのためポリイミド膜厚は400nm以上で形成させることが好ましい。   Here, the polyimide film may be formed to 400 nm or less, and the fingerprint detection rate may be further improved. However, if the polyimide film is thinned to 400 nm or less, the effect as a buffer material is further reduced, and the film strength of the polyimide film is increased. Is further reduced, and sufficient reliability guarantee (such as polyimide damage caused by rubbing with a finger) cannot be obtained. Therefore, it is preferable to form the polyimide film with a thickness of 400 nm or more.

次に、容量型の指紋センサを構成する半導体装置の最上層に形成するパシベーション膜の具体的な製造方法について説明する。この実施の形態では、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)トランジスタを搭載した半導体装置を例に、容量型の指紋センサを構成する半導体装置の最上層に形成するパシベーション膜の具体的な製造方法について説明する。   Next, a specific method for manufacturing a passivation film formed on the uppermost layer of the semiconductor device constituting the capacitive fingerprint sensor will be described. In this embodiment, a specific method for manufacturing a passivation film formed on the uppermost layer of a semiconductor device constituting a capacitive fingerprint sensor will be described by taking a semiconductor device having a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) transistor as an example. .

図2は半導体装置の製造工程の要部断面模式図である。
この図は、CMOSトランジスタを搭載した半導体装置の一例であり、容量型の指紋センサを構成する半導体装置の要部を模式的に表したものである。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an essential part of a semiconductor device manufacturing process.
This figure is an example of a semiconductor device on which a CMOS transistor is mounted, and schematically shows a main part of the semiconductor device constituting a capacitive fingerprint sensor.

最初に、容量型の指紋センサを構成する半導体装置の上層にパシベーション膜であるシリコン窒化膜が形成された状態の構成について概説する。
半導体装置は、例えば、Si(シリコン)基板10上に、素子領域を画定する素子分離領域11が形成されている。また、Si基板10内には、ウェル12が形成され、ウェル12上には、ゲート絶縁膜13を介してゲート電極14が形成されている。
First, an outline of a configuration in which a silicon nitride film, which is a passivation film, is formed on the upper layer of a semiconductor device constituting a capacitive fingerprint sensor will be described.
In the semiconductor device, for example, an element isolation region 11 that defines an element region is formed on a Si (silicon) substrate 10. A well 12 is formed in the Si substrate 10, and a gate electrode 14 is formed on the well 12 via a gate insulating film 13.

そして、ゲート電極14の側面には、サイドウォールである絶縁層15が形成されている。絶縁層15が形成されたゲート電極14の両側には、ソース/ドレイン領域16が形成されている。   An insulating layer 15 that is a sidewall is formed on the side surface of the gate electrode 14. Source / drain regions 16 are formed on both sides of the gate electrode 14 on which the insulating layer 15 is formed.

このようにSi基板10上には、CMOSを構成する複数のMOSトランジスタ17が備えられている。
そして、Si基板10上には、膜厚200nmのSiON(酸窒化シリコン)膜18が形成されている。さらに、SiON膜18上には、層間絶縁膜である膜厚800nmのTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)−NSG(Non-doped Silicate Glass)膜19が形成されている。
As described above, a plurality of MOS transistors 17 constituting a CMOS are provided on the Si substrate 10.
A 200 nm thick SiON (silicon oxynitride) film 18 is formed on the Si substrate 10. Further, a TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) -NSG (Non-doped Silicate Glass) film 19 having a film thickness of 800 nm, which is an interlayer insulating film, is formed on the SiON film 18.

そして、バルクコンタクトであるW(タングステン)層20がSiON膜18及びTEOS−NSG膜19内を貫通し、ソース/ドレイン領域16またはゲート電極14に電気的に接続されている。さらに、W層20は、TEOS−NSG膜19上にパターニングされた第1のAl(アルミニウム)配線層21に電気的に接続されている。   Then, a W (tungsten) layer 20 as a bulk contact penetrates the SiON film 18 and the TEOS-NSG film 19 and is electrically connected to the source / drain region 16 or the gate electrode 14. Further, the W layer 20 is electrically connected to a first Al (aluminum) wiring layer 21 patterned on the TEOS-NSG film 19.

Al配線層21上には、層間絶縁膜である膜厚1200nmのTEOS−NSG膜30が形成されている。TEOS−NSG膜30上には、さらに膜厚100nmのTEOS−NSG膜31が形成されている。   On the Al wiring layer 21, a TEOS-NSG film 30 having a thickness of 1200 nm, which is an interlayer insulating film, is formed. A TEOS-NSG film 31 having a thickness of 100 nm is further formed on the TEOS-NSG film 30.

Al配線層21上からは、バルクコンタクトであるW層32がTEOS−NSG膜30及びTEOS−NSG膜31を貫通するように形成され、さらにW層32は、TEOS−NSG膜31上にパターニングされた第2のAl配線層33に電気的に接続されている。   From the Al wiring layer 21, a W layer 32 as a bulk contact is formed so as to penetrate the TEOS-NSG film 30 and the TEOS-NSG film 31, and the W layer 32 is patterned on the TEOS-NSG film 31. The second Al wiring layer 33 is electrically connected.

そして、第2のAl配線層33上には、膜厚が400nmのTEOS−NSG膜40が形成されている。TEOS−NSG膜40上には、膜厚が500nmのSOG(Spin On Glass)膜41が形成されている。そして、SOG膜41上には、膜厚が300nmのTEOS−NSG膜42が形成されている。   A TEOS-NSG film 40 having a thickness of 400 nm is formed on the second Al wiring layer 33. On the TEOS-NSG film 40, an SOG (Spin On Glass) film 41 having a thickness of 500 nm is formed. A TEOS-NSG film 42 having a thickness of 300 nm is formed on the SOG film 41.

そして、SOG膜41及びTEOS−NSG膜42上に、膜厚が200nmのTiN(窒化チタン)膜43a,43bがパターン形成されている。ここで、TiN膜43aは、容量型の指紋センサを構成する半導体装置のセンサ電極であり、半導体装置の上から眺めた場合のTiN膜43aの長手方向の長さが50μmとなるように形成されている。また、TiN膜43bは、後述するポリイミド膜表面の帯電よるESDを防止するために接地されている。そして、TiN膜43a,43bは、第2のAl配線層33とTiN層44を介して電気的に接続されている。   Then, on the SOG film 41 and the TEOS-NSG film 42, TiN (titanium nitride) films 43a and 43b having a film thickness of 200 nm are patterned. Here, the TiN film 43a is a sensor electrode of a semiconductor device constituting a capacitive fingerprint sensor, and is formed such that the length in the longitudinal direction of the TiN film 43a when viewed from above the semiconductor device is 50 μm. ing. The TiN film 43b is grounded to prevent ESD due to charging of the polyimide film surface described later. The TiN films 43 a and 43 b are electrically connected via the second Al wiring layer 33 and the TiN layer 44.

さらに、TiN膜43a,43b上には、膜厚が100nmのTEOS−NSG膜50が形成されている。そして、TEOS−NSG膜50上に、第1のパシベーション膜である膜厚が700nmのSiN膜51が形成されている。ここで、半導体装置のパッド部52上のSiN膜51は、深くエッチングされている。第1のパシベーション膜については、SiN膜のような窒化膜の他、SiON膜のような酸窒化膜でもよい。この第1のパシベーション膜は、後述する第2のパシベーション膜の下地になる。   Further, a TEOS-NSG film 50 having a thickness of 100 nm is formed on the TiN films 43a and 43b. A SiN film 51 having a thickness of 700 nm, which is a first passivation film, is formed on the TEOS-NSG film 50. Here, the SiN film 51 on the pad portion 52 of the semiconductor device is deeply etched. The first passivation film may be an oxynitride film such as a SiON film in addition to a nitride film such as a SiN film. This first passivation film becomes the base of a second passivation film described later.

このように、この工程では、Si基板10上に、集積回路が形成され、W層20,32、Al配線層21,33等の多層配線層が形成されている。
そして、多層配線層は、MOSトランジスタ17等の複数の素子に接続する複数の配線を構成し、さらにセンサ電極であるTiN膜43aに電気的に接続され、センサ回路等を構成している。そして、多層配線層の間には、層間絶縁膜が複数形成され、最上層はSiN膜51で覆われている。
Thus, in this step, an integrated circuit is formed on the Si substrate 10, and multilayer wiring layers such as the W layers 20, 32 and the Al wiring layers 21, 33 are formed.
The multilayer wiring layer constitutes a plurality of wirings connected to a plurality of elements such as the MOS transistor 17, and is further electrically connected to the TiN film 43a which is a sensor electrode to constitute a sensor circuit and the like. A plurality of interlayer insulating films are formed between the multilayer wiring layers, and the uppermost layer is covered with the SiN film 51.

図3は半導体装置の製造工程の要部断面模式図である。
TEOS−NSG膜50上に、SiN膜51を形成した後、レジスト60を塗布する。そして、露光、現像を行い、レジスト60をパターニングする。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an essential part of a semiconductor device manufacturing process.
After the SiN film 51 is formed on the TEOS-NSG film 50, a resist 60 is applied. Then, exposure and development are performed, and the resist 60 is patterned.

パターニングされたレジスト60をマスクとして、ESDホール部53とパッド部52上のTEOS−NSG膜をエッチングし(不図示)、ESDホール部53のTiN膜43bとパッド部52のAl配線層33のそれぞれの表面を露出させる。   Using the patterned resist 60 as a mask, the TEOS-NSG film on the ESD hole portion 53 and the pad portion 52 is etched (not shown), and each of the TiN film 43b in the ESD hole portion 53 and the Al wiring layer 33 in the pad portion 52 is etched. To expose the surface.

その後、熱炉により、N2(窒素)雰囲気で、430℃、30分間のレジスト60の脱水処理を行う。
図4は半導体装置の製造工程の要部断面模式図である。
Thereafter, the resist 60 is dehydrated in a N 2 (nitrogen) atmosphere at 430 ° C. for 30 minutes in a thermal furnace.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an essential part of a semiconductor device manufacturing process.

前工程で形成したレジスト60を除去した後、第2のパシベーション膜になるエステル系樹脂の非感光性ポリイミドを膜厚が例えば、700nmとなるように塗布し(不図示)、SiN膜51上に非感光性ポリイミド膜61を形成する。そして、非感光性ポリイミド膜61を120℃〜150℃、120秒間でプレベーキングを行う。さらに、その上にレジストを塗布する(不図示)。そして、該レジストをベーキングする。そして、露光処理を行い、該レジストと非感光性ポリイミド膜61のパターニングを同時に行う。そして、リンス液を用い、該レジストのみを除去する(不図示)。ここで、露光により非感光性ポリイミド膜61は、パッド部52及びESDホール部53を開口するように、SiN膜51上にパターンニングされている。特にESDホール部53の開口については、TiN膜43bの上面の面積より広く開口するように非感光性ポリイミド膜61を形成させる。具体的には、TiN膜43bの上面の領域が6μm×6μmである場合、この領域より広く開口するように非感光性ポリイミド膜61を形成させる。より具体的には、非感光性ポリイミド膜61のESDホール部における開口径がESDホール径より大きく、50μm以下にして形成する。   After removing the resist 60 formed in the previous step, an ester-based non-photosensitive polyimide serving as a second passivation film is applied so as to have a film thickness of 700 nm, for example (not shown), and is applied to the SiN film 51. A non-photosensitive polyimide film 61 is formed. Then, the non-photosensitive polyimide film 61 is pre-baked at 120 to 150 ° C. for 120 seconds. Further, a resist is applied thereon (not shown). Then, the resist is baked. Then, an exposure process is performed, and the resist and the non-photosensitive polyimide film 61 are simultaneously patterned. Then, using a rinsing liquid, only the resist is removed (not shown). Here, the non-photosensitive polyimide film 61 is patterned on the SiN film 51 so as to open the pad portion 52 and the ESD hole portion 53 by exposure. In particular, regarding the opening of the ESD hole portion 53, the non-photosensitive polyimide film 61 is formed so as to open wider than the area of the upper surface of the TiN film 43b. Specifically, when the area of the upper surface of the TiN film 43b is 6 μm × 6 μm, the non-photosensitive polyimide film 61 is formed so as to open wider than this area. More specifically, the non-photosensitive polyimide film 61 is formed so that the opening diameter in the ESD hole portion is larger than the ESD hole diameter and not more than 50 μm.

このように、非感光性ポリイミド膜61をESDホール部53の端まで形成させる。その後、しばらく非感光性ポリイミド膜61を乾燥させる。
続いて、非感光性ポリイミド膜61から余分な水分を予め脱水するために、非感光性ポリイミド膜61の予備加熱を行う。具体的には、非感光性ポリイミド膜61をN2ガスまたは不活性ガス(Ar(アルゴン)、CO2(二酸化炭素))或いはこれらの混合ガス雰囲気で、非感光性ポリイミド膜61の温度を190℃〜240℃に設定し、60秒〜240秒間のプレキュアを行う。非感光性ポリイミド膜61の温度を190℃〜240℃に設定する理由は、240℃以上では、非感光性ポリイミドの分子内の架橋が発生し易くなり、190℃以下では、非感光性ポリイミドの脱水が生じないからである。
In this manner, the non-photosensitive polyimide film 61 is formed up to the end of the ESD hole portion 53. Thereafter, the non-photosensitive polyimide film 61 is dried for a while.
Subsequently, in order to previously dehydrate excess water from the non-photosensitive polyimide film 61, the non-photosensitive polyimide film 61 is preheated. Specifically, the temperature of the non-photosensitive polyimide film 61 is set to 190 in an atmosphere of N 2 gas, inert gas (Ar (argon), CO 2 (carbon dioxide)) or a mixed gas thereof. The temperature is set to ℃ to 240 ℃, and precure is performed for 60 seconds to 240 seconds. The reason for setting the temperature of the non-photosensitive polyimide film 61 to 190 ° C. to 240 ° C. is that cross-linking within the molecule of the non-photosensitive polyimide is liable to occur at 240 ° C. or higher. This is because dehydration does not occur.

ここで、プレキュアは、N2ガスまたは不活性ガス或いはこれらの混合ガス雰囲気中で行う。これにより、非感光性ポリイミド膜61の一部分だけが硬化する現象を回避することができる。 Here, the precure is performed in an atmosphere of N 2 gas, inert gas, or a mixed gas thereof. Thereby, the phenomenon that only a part of the non-photosensitive polyimide film 61 is cured can be avoided.

続いて、処理室内にN2ガスまたは不活性ガス或いはこれらの混合ガスを流量が110リットル/min以上となるように流入し、処理室内をN2ガスまたは不活性ガス或いはこれらの混合ガスで充填させる。そして、処理室内に半導体装置を設置する(不図示)。そして、非感光性ポリイミド膜61を硬化させるために、非感光性ポリイミド膜61を350℃〜380℃に設定し、N2ガスまたは不活性ガス或いはこれらの混合ガス雰囲気で40分間のキュアを行う。キュア後、非感光性ポリイミド膜61の膜厚は、ポリイミドの膜厚は700nmから500nmまで減少する(不図示)。 Subsequently, N 2 gas, inert gas, or a mixed gas thereof is introduced into the processing chamber so that the flow rate becomes 110 liters / min or more, and the processing chamber is filled with N 2 gas, inert gas, or a mixed gas thereof. Let Then, a semiconductor device is installed in the processing chamber (not shown). Then, in order to cure the non-photosensitive polyimide film 61, the non-photosensitive polyimide film 61 is set to 350 ° C. to 380 ° C., and curing is performed for 40 minutes in an N 2 gas, an inert gas, or a mixed gas atmosphere thereof. . After curing, the film thickness of the non-photosensitive polyimide film 61 is decreased from 700 nm to 500 nm (not shown).

ここで、キュア温度を400℃以上とすると、Al配線層21,33の変形が起こるので、好ましくは380℃以下で処理するのが良い。また、エステル系ポリイミド樹脂の場合は、250℃程度でも硬化する。しかし、内部の脱水処理や膜強度をさらに促進させるには、好ましくは350℃以上でキュアするのが望ましい。さらに、N2ガスまたは不活性ガス或いはこれらの混合ガス雰囲気中でキュアを行うことにより、分子内の架橋が促進され、充分な膜強度を保持した非感光性ポリイミド膜61を形成させることができる。 Here, when the curing temperature is set to 400 ° C. or higher, the Al wiring layers 21 and 33 are deformed. Moreover, in the case of ester-type polyimide resin, it hardens | cures even at about 250 degreeC. However, in order to further promote the internal dehydration treatment and film strength, it is preferable to cure at 350 ° C. or higher. Furthermore, by curing in an atmosphere of N 2 gas, inert gas, or a mixed gas thereof, intramolecular crosslinking is promoted, and a non-photosensitive polyimide film 61 having sufficient film strength can be formed. .

尚、非感光性ポリイミド膜61の耐吸湿性をより向上させるためには、キュアの開始をプレキュア処理を施した直後から120分以内に行う。但し、非感光性ポリイミド膜61をパターニングさせた半導体装置を大気に晒さないまま、N2ガス雰囲気中に放置するのであれば、120分以上放置させた後に非感光性ポリイミド膜61のキュアを行ってもよい。例えば、N2ガスで充填された容器に120分以上半導体装置を保存してから、キュアを行ってもよい。N2ガス雰囲気中であれば、雰囲気中に水分がなく、非感光性ポリイミド膜61に水分が吸収されないからである。 In order to further improve the moisture absorption resistance of the non-photosensitive polyimide film 61, the curing is started within 120 minutes immediately after the pre-curing process. However, if the semiconductor device patterned with the non-photosensitive polyimide film 61 is left in the N 2 gas atmosphere without being exposed to the air, the non-photosensitive polyimide film 61 is cured after being left for 120 minutes or more. May be. For example, the semiconductor device may be stored for 120 minutes or more in a container filled with N 2 gas and then cured. This is because if there is an N 2 gas atmosphere, there is no moisture in the atmosphere, and moisture is not absorbed by the non-photosensitive polyimide film 61.

続いて、非感光性ポリイミド膜61表面に付着した異物を取り除くために、後処理を行う。この後処理においては、非感光性ポリイミド膜61がダメージを受けない程度に、非感光性ポリイミド膜61表面の除去を行う。具体的には、非感光性ポリイミド膜61の膜厚が45nm〜55nm減少する程度に、非感光性ポリイミド膜61表面をアッシング処理をする(不図示)。   Subsequently, post-processing is performed in order to remove foreign substances adhering to the surface of the non-photosensitive polyimide film 61. In this post-treatment, the surface of the non-photosensitive polyimide film 61 is removed to such an extent that the non-photosensitive polyimide film 61 is not damaged. Specifically, the surface of the non-photosensitive polyimide film 61 is ashed so that the film thickness of the non-photosensitive polyimide film 61 is reduced by 45 nm to 55 nm (not shown).

アッシング処理の条件は、例えば、非感光性ポリイミド膜61の温度を25℃〜50℃に設定し、O2(酸素)ガス流量が600sccmで、放電パワーが600W〜800Wでの酸素プラズマにより行う。 The ashing process is performed by, for example, oxygen plasma in which the temperature of the non-photosensitive polyimide film 61 is set to 25 ° C. to 50 ° C., the O 2 (oxygen) gas flow rate is 600 sccm, and the discharge power is 600 W to 800 W.

そして、アッシング処理の後、最終膜厚が450nmの非感光性ポリイミド膜61が形成される。尚、非感光性ポリイミド膜61の最終膜厚は、450nmに限る必要はなく、上記の塗布工程で、その膜厚を調整し、最終的に形成される非感光性ポリイミド膜61の膜厚が400nm〜700nmの範囲にあればよい。   Then, after the ashing process, a non-photosensitive polyimide film 61 having a final film thickness of 450 nm is formed. The final film thickness of the non-photosensitive polyimide film 61 need not be limited to 450 nm, and the film thickness of the non-photosensitive polyimide film 61 to be finally formed is adjusted by adjusting the film thickness in the above coating process. What is necessary is just to exist in the range of 400 nm-700 nm.

尚、非感光性ポリイミドに代えて、感光性ポリイミドを用いる場合は、上記の工程からレジストの塗布、レジストのベーキング、レジストの露光及びレジストの除去を略し、感光性ポリイミドを直接パターニングする。その結果、半導体装置の最上層に感光性ポリイミド膜で構成されたパシベーション膜を形成することができる。また、ポリイミドの材質は例えば、エステル系ポリイミドを用いる。   In the case of using photosensitive polyimide instead of non-photosensitive polyimide, resist coating, resist baking, resist exposure and resist removal are omitted from the above steps, and the photosensitive polyimide is directly patterned. As a result, a passivation film made of a photosensitive polyimide film can be formed on the uppermost layer of the semiconductor device. The polyimide material is, for example, ester-based polyimide.

このような半導体装置で構成された容量型の指紋センサの表面に指を接触させると、パシベーション膜を介したTiN膜43aと指の皮膚表面との容量がセンサ電極であるTiN膜43aによって検出され、指の皮膚表面の凹凸形状が検出される。   When a finger is brought into contact with the surface of a capacitive fingerprint sensor composed of such a semiconductor device, the capacitance between the TiN film 43a through the passivation film and the finger skin surface is detected by the TiN film 43a as a sensor electrode. The uneven shape of the finger skin surface is detected.

このように、容量型の指紋センサを構成する半導体装置の製造方法においては、パシベーション膜であるSiN膜及びポリイミド膜の絶縁層を介して皮膚表面と導電膜との容量を検出し、半導体装置の最上層に膜厚が400nm〜700nm以下のポリイミド膜が形成される。   Thus, in the method of manufacturing a semiconductor device constituting a capacitive fingerprint sensor, the capacitance between the skin surface and the conductive film is detected through the insulating layer of the SiN film and the polyimide film as the passivation film, and the semiconductor device A polyimide film having a thickness of 400 nm to 700 nm or less is formed on the uppermost layer.

このような、パシベーション膜の製造方法によれば、最上層に形成されたパシベーション膜であるポリイミド膜の膜厚が極薄に形成されているので、容量型の指紋センサを構成する半導体装置に備えられているセンサ電極から指の皮膚表面までの距離をより短縮することができる。その結果、パシベーション膜を介したセンサ電極と皮膚表面との容量を増加させることができ、指紋の凹凸形状を検出する場合の感度を向上させることができる。   According to such a passivation film manufacturing method, the polyimide film, which is the passivation film formed in the uppermost layer, is formed with a very thin film thickness, so that it is provided in a semiconductor device constituting a capacitive fingerprint sensor. The distance from the sensor electrode to the finger skin surface can be further shortened. As a result, the capacitance between the sensor electrode and the skin surface through the passivation film can be increased, and the sensitivity when detecting the uneven shape of the fingerprint can be improved.

また、ポリイミド膜を極薄く形成させても、ポリイミド膜に充分なキュア及び後処理を施しているので、ポリイミド膜は耐吸湿性に優れ、且つ充分な機械強度を備えているので半導体装置の信頼性については、従来品と同等或いは、従来品より向上させることが可能になる。   Even if the polyimide film is formed extremely thin, the polyimide film is sufficiently cured and post-processed. Therefore, the polyimide film has excellent moisture absorption resistance and sufficient mechanical strength, so that the reliability of the semiconductor device About the property, it becomes equivalent to a conventional product, or can be improved from a conventional product.

また、ポリイミド膜の膜厚を極薄としたことにより、ESDホール部とポリイミド膜表面との距離がより短縮する。従って、ポリイミド膜表面に帯電した電荷は、ESDホール部に拡散し易くなる。その結果、帯電がセンサ電極と皮膚表面との容量に及ぼす影響を低減させることができ、容量型の指紋センサの感度をより向上させることができる。   In addition, the distance between the ESD hole portion and the polyimide film surface is further shortened by making the film thickness of the polyimide film extremely thin. Therefore, the charge charged on the surface of the polyimide film easily diffuses into the ESD hole portion. As a result, the influence of charging on the capacitance between the sensor electrode and the skin surface can be reduced, and the sensitivity of the capacitive fingerprint sensor can be further improved.

さらに、ポリイミド膜の膜厚を薄くさせたことにより、ポリイミド膜とESDホール部との凸凹段差が減少し、容量型の指紋センサ表面の滑り特性が良好になる。
また、ポリイミド膜をESDホール部の端近傍まで形成させているので、ポリイミド膜のパシベーション効果がより増加する。
Furthermore, by reducing the film thickness of the polyimide film, the uneven step between the polyimide film and the ESD hole portion is reduced, and the slip characteristic of the surface of the capacitive fingerprint sensor is improved.
Further, since the polyimide film is formed up to the vicinity of the end of the ESD hole portion, the passivation effect of the polyimide film is further increased.

次に、容量型の指紋センサを構成する半導体装置のパシベーション膜であるポリイミド膜を極薄く形成させた効果について説明する。ここでは、その効果を確認するために、3種類の膜厚のポリイミド膜を形成した半導体装置を作製した。   Next, the effect of forming a very thin polyimide film, which is a passivation film of a semiconductor device constituting a capacitive fingerprint sensor, will be described. Here, in order to confirm the effect, a semiconductor device in which polyimide films having three kinds of film thickness were formed was manufactured.

容量型の指紋センサを構成する半導体装置として、膜厚が2000nmのポリイミド膜を形成させた指紋センサA、膜厚が800nmのポリイミド膜を形成させた指紋センサB、膜厚が400nmから700nmの範囲のポリイミド膜の一例として、450nmのポリイミド膜を形成させた指紋センサCの3種の半導体装置を作製した。   As a semiconductor device constituting a capacitive fingerprint sensor, a fingerprint sensor A having a polyimide film with a film thickness of 2000 nm, a fingerprint sensor B having a polyimide film with a film thickness of 800 nm, and a film thickness ranging from 400 nm to 700 nm As an example of the polyimide film, three types of semiconductor devices of the fingerprint sensor C on which a 450 nm polyimide film was formed were manufactured.

図5は容量型の指紋センサで読み取った指紋画像を説明する図である。
この画像から分かるように、指紋センサAの指紋画像のコントラストは最も低く、続いて、指紋センサB、指紋センサCの順にコントラストがより高くなっている。特に、指紋センサCにおいては、指紋の凹凸を反映した濃淡が明確であり、認証性もより向上するように思われる。
FIG. 5 is a diagram for explaining a fingerprint image read by a capacitive fingerprint sensor.
As can be seen from this image, the contrast of the fingerprint image of the fingerprint sensor A is the lowest, and then the contrast increases in the order of the fingerprint sensor B and the fingerprint sensor C. In particular, in the fingerprint sensor C, the shade reflecting the unevenness of the fingerprint is clear, and it seems that the authenticity is further improved.

また、指紋センサA、指紋センサB、指紋センサCのそれぞれの指紋のマッチング率を検討した。ここで、マッチング率とは、例えば、容量型の指紋センサが100個のドットパターンを記憶できる場合(ドッドパターンは0または1で記憶されるものとする。ここで、0は指紋がない部分で画像の白い部分を反映し、1は皮膚の部分で画像の黒い部分を反映する。)、一旦、容量型の指紋センサに指を接触させ、指紋のドットパターンを半導体装置に記憶させる。そして、再度、容量型の指紋センサに指を接触させ、指紋のドットパターンを取得し、前のドットパターンとどの程度、ドットパターンが合致するか否かの率である。   Also, the fingerprint matching rates of fingerprint sensor A, fingerprint sensor B, and fingerprint sensor C were examined. Here, the matching rate is, for example, when a capacitive fingerprint sensor can store 100 dot patterns (a dot pattern is stored as 0 or 1. Here, 0 is a portion where there is no fingerprint. The white part of the image is reflected, and 1 is the skin part, and the black part of the image is reflected.) Once the finger is brought into contact with the capacitive fingerprint sensor, the dot pattern of the fingerprint is stored in the semiconductor device. Then, the finger is again brought into contact with the capacitive fingerprint sensor to obtain a fingerprint dot pattern, and the rate of how much the dot pattern matches the previous dot pattern.

例えば、100個のドットパターン中、合致したドットが80個ならば、マッチング率は80.0%である。
そして、マッチング率の結果は、指紋センサA、指紋センサB、指紋センサCの順に30.3%、56.3%、87.9%であった。
For example, if there are 80 matched dots in 100 dot patterns, the matching rate is 80.0%.
The matching rate results were 30.3%, 56.3%, and 87.9% in the order of fingerprint sensor A, fingerprint sensor B, and fingerprint sensor C, respectively.

このように、ポリイミド膜の厚みを減少させたことにより、指紋画像のコントラストが向上し、マッチング率も向上することが分かった。
また、指紋センサCにおいて、高度加速寿命試験であるHAST(Highly Accelerated temperature and humidity Stress Test)1KH試験、及びデバイスにバイアスを印加しない状態での高度加速寿命試験であるUHAST(Unbiased Highly Accelerated temperature and humidity Stress Test)336H試験を試みたところ、その結果は、半導体装置Cに関し、不良となる指紋センサは発生しなかった。
Thus, it has been found that by reducing the thickness of the polyimide film, the contrast of the fingerprint image is improved and the matching rate is also improved.
In fingerprint sensor C, HAST (Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test) 1KH test, which is a highly accelerated life test, and UHAST (Unbiased Highly Accelerated temperature and humidity), which is a highly accelerated life test with no bias applied to the device. Stress Test) As a result of the 336H test, no defective fingerprint sensor was generated for the semiconductor device C.

尚、指紋センサCのパシベーション膜として、感光性ポリイミド膜450nmを形成させた場合も、非感光性ポリイミド膜450nmを形成させた場合と同様の結果を得た。
次に、ポリイミド膜を極薄く形成させた場合のポリイミド膜の強度についての確認を行った。ここでは、その効果を確認するために、2種類の膜厚のポリイミド膜をシリコンウエハ基板に形成させ、それぞれのポリイミド膜のテープ試験と反り測定装置による応力を測定した。
In addition, when the photosensitive polyimide film 450 nm was formed as the passivation film of the fingerprint sensor C, the same result as that obtained when the non-photosensitive polyimide film 450 nm was formed was obtained.
Next, the strength of the polyimide film when the polyimide film was formed extremely thin was confirmed. Here, in order to confirm the effect, two types of polyimide films were formed on a silicon wafer substrate, and the stress of each polyimide film was measured by a tape test and a warp measuring device.

図6はポリイミド膜の強度を説明する図である。
サンプルは、サンプルD、サンプルEの2種を作製した。サンプルDは、非感光性ポリイミド膜をSiN膜を表面に形成したシリコウエハ基板に厚みが1000nmとなるように形成したものである。一方、サンプルEは、膜厚が400nm〜700nmの範囲のポリイミド膜の一例として、感光性ポリイミド膜をSiN膜を表面に形成したシリコンウエハ基板に厚みが500nmとなるように形成したものである。ここで、サンプルEのポリイミド膜の材質として、エステル系樹脂の感光性ポリイミドを用いている。キュア温度は共に230℃〜380℃の範囲で行った。プレキュア、後処理については、サンプルD、サンプルE共に上記の実施例と同一条件で行った。
FIG. 6 is a diagram for explaining the strength of the polyimide film.
Two types of samples, sample D and sample E, were prepared. Sample D is a non-photosensitive polyimide film formed on a silicon wafer substrate having a SiN film on the surface so as to have a thickness of 1000 nm. On the other hand, Sample E is an example of a polyimide film having a film thickness in the range of 400 nm to 700 nm, in which a photosensitive polyimide film is formed on a silicon wafer substrate having a SiN film on the surface so as to have a thickness of 500 nm. Here, as the material of the polyimide film of sample E, photosensitive polyimide of ester resin is used. The curing temperature was both in the range of 230 ° C to 380 ° C. About the pre-cure and the post-treatment, both the sample D and the sample E were performed under the same conditions as the above-mentioned examples.

先ず、テープ試験については、サンプルDでは、260℃〜380℃でキュアさせた試料について、ポリイミド膜に剥離は生じなかった。一方、サンプルEでは、230℃〜380℃でキュアさせた試料について、ポリイミド膜と基板の界面に剥離は生じなかった。   First, as for the tape test, in sample D, the polyimide film was not peeled from the sample cured at 260 ° C. to 380 ° C. On the other hand, in sample E, no peeling occurred at the interface between the polyimide film and the substrate for the sample cured at 230 ° C. to 380 ° C.

特に、サンプルEについてはサンプルDに比べ低温でキュアさせても、剥離の生じないポリイミド膜が得られることが分かった。
次に、反り測定装置から膜内の応力と計測すると、サンプルDでは、キュア温度が230℃のとき21Mpa、キュア温度が290℃のとき27MPa、キュア温度が380℃のとき38MPaであるのに対し、サンプルEでは、キュア温度が230℃のとき32MPa、キュア温度が290℃のとき39MPa、キュア温度が380℃のとき48MPaであった。
In particular, it was found that, even when the sample E was cured at a lower temperature than the sample D, a polyimide film that did not peel was obtained.
Next, when measuring the stress in the film from the warpage measuring device, in sample D, the cure temperature is 21 MPa when the cure temperature is 230 ° C., 27 MPa when the cure temperature is 290 ° C., and 38 MPa when the cure temperature is 380 ° C. Sample E was 32 MPa when the cure temperature was 230 ° C, 39 MPa when the cure temperature was 290 ° C, and 48 MPa when the cure temperature was 380 ° C.

これにより、サンプルEの方がより低いキュア温度でキュアさせても相対的に高い応力を備えていることが分かった。即ち、サンプルEの方がサンプルDより強固な膜が形成されていることが分かった。   Accordingly, it was found that the sample E has a relatively high stress even when cured at a lower curing temperature. That is, it was found that a stronger film was formed in sample E than in sample D.

尚、エステル系樹脂の非感光性ポリイミド膜500nmをシリコンウエハ基板に形成した場合は、サンプルEの結果と同様であった。
このように、容量型の指紋センサを構成する半導体装置の最上層にパシベーション膜を極薄に形成させても、充分な機械強度が得られることが分かった。
When the non-photosensitive polyimide film 500 nm of the ester resin was formed on the silicon wafer substrate, the result was the same as that of the sample E.
Thus, it has been found that sufficient mechanical strength can be obtained even when a passivation film is formed on the uppermost layer of a semiconductor device constituting a capacitive fingerprint sensor.

尚、上記のセンサで検出するものは指紋のみとは限らない。例えば、掌の皮膚表面についても、図4に示す半導体装置の数を増加させ、センサ面積を増加させることにより、その検出が容易に可能である。   Note that what is detected by the above sensor is not limited to fingerprints. For example, the skin surface of the palm can be easily detected by increasing the number of semiconductor devices shown in FIG. 4 and increasing the sensor area.

(付記1) 絶縁層を介して皮膚表面と導電膜との容量を検出し、前記皮膚表面の形状を検出する半導体装置の製造方法において、前記半導体装置の最上層に膜厚が400nm以上700nm以下の絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。   (Supplementary Note 1) In the method of manufacturing a semiconductor device, in which the capacitance between the skin surface and the conductive film is detected through an insulating layer, and the shape of the skin surface is detected, the film thickness is 400 nm to 700 nm on the uppermost layer of the semiconductor device. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an insulating film.

(付記2) 前記絶縁膜の材質がエステル系ポリイミドであることを特徴とする付記1記載の半導体装置の製造方法。
(付記3) 前記絶縁膜を形成する場合においては、前記絶縁膜を硬化させる温度が350℃以上380℃以下であること特徴とする付記1または2記載の半導体装置の製造方法。
(Additional remark 2) The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 1 characterized by the material of the said insulating film being ester-type polyimide.
(Additional remark 3) In the case of forming the said insulating film, the temperature which hardens the said insulating film is 350 degreeC or more and 380 degrees C or less, The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 1 or 2 characterized by the above-mentioned.

(付記4) 前記絶縁膜を硬化させる場合に、窒素ガスまたは不活性ガスまたは前記窒素ガス及び前記不活性ガスの混合ガスを110リットル/分以上流入させ、前記窒素ガスまたは前記不活性ガスの雰囲気内で前記絶縁膜を硬化させること特徴とする付記1乃至3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 4) When hardening the said insulating film, nitrogen gas or an inert gas or the mixed gas of the said nitrogen gas and the said inert gas is flowed in 110 liter / min or more, and the atmosphere of the said nitrogen gas or the said inert gas The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3, wherein the insulating film is hardened in the inside.

(付記5) 前記絶縁膜を硬化させる前に、前記絶縁膜を190℃以上240℃以下に設定し、60秒以上240秒以下の時間で予備加熱を行うことを特徴とする付記1乃至4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 5) Before hardening the said insulating film, the said insulating film is set to 190 degreeC or more and 240 degrees C or less, and preheating is performed for 60 seconds or more and 240 seconds or less, The additional notes 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned A manufacturing method of a semiconductor device given in any 1 paragraph.

(付記6) 前記予備加熱をする場合には、前記窒素ガスまたは前記不活性ガスまたは前記混合ガスの雰囲気内で前記予備加熱を行うことを特徴とする付記1乃至5のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 6) When performing the said preheating, the said preheating is performed in the atmosphere of the said nitrogen gas, the said inert gas, or the said mixed gas, It is any one of the additional marks 1 thru | or 5 characterized by the above-mentioned. Semiconductor device manufacturing method.

(付記7) 前記予備加熱の後に、120分以内に前記絶縁膜の硬化を行うことを特徴とする付記1乃至6のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
(付記8) 前記予備加熱の後に、前記窒素ガスまたは前記不活性ガスまたは前記混合ガスで充填された容器内に前記絶縁膜が形成された半導体装置を保存することを特徴とする付記1乃至6のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary note 7) The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of supplementary notes 1 to 6, wherein the insulating film is cured within 120 minutes after the preliminary heating.
(Supplementary note 8) The supplementary notes 1 to 6, wherein after the preliminary heating, the semiconductor device in which the insulating film is formed is stored in a container filled with the nitrogen gas, the inert gas, or the mixed gas. The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of these.

(付記9) 前記絶縁膜を硬化させた後に、アッシング処理により前記絶縁膜の表面を前記絶縁膜の膜厚が45nm以上55nm以下減少するように前記絶縁膜の前記表面を除去することを特徴とする付記1乃至8のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 9) After hardening the said insulating film, the said surface of the said insulating film is removed by the ashing process so that the film thickness of the said insulating film may be reduced to 45 nm or more and 55 nm or less, It is characterized by the above-mentioned. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 8.

(付記10) 前記絶縁膜が前記半導体装置に配設されたESDホール部の端まで形成されていることを特徴とする付記1乃至9のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 10) The said insulating film is formed to the end of the ESD hole part arrange | positioned in the said semiconductor device, The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of additional remark 1 thru | or 9 characterized by the above-mentioned.

(付記11) 前記絶縁膜を形成する場合においては、前記ポリイミドとしてエステル系の非感光性ポリイミドを用い、
前記非感光性ポリイミドを前記半導体装置の表面に塗布する工程と、
塗布された非感光性ポリイミド膜をプレベークする工程と、
プレベークされた前記非感光性ポリイミド膜の上層にレジストを塗布する工程と、
前記レジストをマスクとして、前記非感光性ポリイミド膜をパターニングする工程と、
パターニングされた前記非感光性ポリイミド膜を乾燥し、プレキュアを行う工程と、
プレキュアが行われた前記非感光性ポリイミド膜の硬化を行う工程と、
を有することを特徴とする付記2記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 11) In the case of forming the insulating film, an ester-based non-photosensitive polyimide is used as the polyimide,
Applying the non-photosensitive polyimide to the surface of the semiconductor device;
A step of pre-baking the applied non-photosensitive polyimide film;
Applying a resist to the upper layer of the pre-baked non-photosensitive polyimide film;
Patterning the non-photosensitive polyimide film using the resist as a mask;
Drying the patterned non-photosensitive polyimide film and performing a pre-cure;
Curing the non-photosensitive polyimide film that has been pre-cured;
The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 2, wherein:

(付記12) 前記絶縁膜を形成する場合においては、前記ポリイミドとしてエステル系の感光性ポリイミドを用い、
前記感光性ポリイミドを前記半導体装置の表面に塗布する工程と、
塗布された感光性ポリイミド膜をプレベークする工程と、
プレベークされた前記感光性ポリイミド膜をパターニングする工程と、
パターニングされた前記感光性ポリイミド膜を乾燥し、プレキュアを行う工程と、
プレキュアが行われた前記感光性ポリイミド膜の硬化を行う工程と、
を有することを特徴とする付記2記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 12) In the case of forming the insulating film, an ester-based photosensitive polyimide is used as the polyimide,
Applying the photosensitive polyimide to the surface of the semiconductor device;
A step of pre-baking the applied photosensitive polyimide film;
Patterning the pre-baked photosensitive polyimide film;
Drying the patterned photosensitive polyimide film and performing a pre-cure;
Curing the photosensitive polyimide film that has been pre-cured; and
The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 2, wherein:

(付記13) 前記絶縁膜の下地は、窒化膜または酸窒化膜であることを特徴とする付記1または付記10記載の半導体装置の製造方法。
(付記14) 絶縁層を介して皮膚表面と導電膜との容量を検出し、前記皮膚表面の形状を検出する半導体装置において、前記絶縁層の最上層に形成された絶縁膜の膜厚が400nm以上700nm以下であることを特徴とする半導体装置。
(Supplementary note 13) The method for manufacturing a semiconductor device according to supplementary note 1 or 10, wherein a base of the insulating film is a nitride film or an oxynitride film.
(Additional remark 14) In the semiconductor device which detects the capacity | capacitance of a skin surface and an electrically conductive film through an insulating layer, and detects the shape of the said skin surface, the film thickness of the insulating film formed in the uppermost layer of the said insulating layer is 400 nm A semiconductor device having a thickness of 700 nm or less.

(付記15) 前記絶縁膜の材質がエステル系ポリイミドであることを特徴とする付記14記載の半導体装置。
(付記16) 前記絶縁膜が前記半導体装置の配設されたESDホール部の端まで形成されていることを特徴とする付記14または15記載の半導体装置。
(Additional remark 15) The semiconductor device of Additional remark 14 characterized by the material of the said insulating film being ester-type polyimide.
(Supplementary note 16) The semiconductor device according to Supplementary note 14 or 15, wherein the insulating film is formed up to an end of an ESD hole portion where the semiconductor device is disposed.

(付記17) 前記絶縁膜の下地は、窒化膜または酸窒化膜であることを特徴とする付記14乃至16のいずれか一項に記載の半導体装置。
(付記18) 前記絶縁膜のESDホール部の開口径がESDホール径より大きく、50μm以下であることを特徴とする付記14乃至17のいずれか一項に記載の半導体装置。
(Supplementary note 17) The semiconductor device according to any one of supplementary notes 14 to 16, wherein a base of the insulating film is a nitride film or an oxynitride film.
(Additional remark 18) The semiconductor device as described in any one of additional remark 14 thru | or 17 whose opening diameter of the ESD hole part of the said insulating film is larger than an ESD hole diameter, and is 50 micrometers or less.

パシベーション膜の製造方法のフローを説明する図である。It is a figure explaining the flow of the manufacturing method of a passivation film. 半導体装置の製造工程の要部断面模式図である(その1)。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a relevant part of a semiconductor device manufacturing process (part 1); 半導体装置の製造工程の要部断面模式図である(その2)。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a relevant part of a semiconductor device manufacturing process (part 2); 半導体装置の製造工程の要部断面模式図である(その3)。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a relevant part of a semiconductor device manufacturing process (part 3); 容量型の指紋センサで読み取った指紋画像を説明する図である。It is a figure explaining the fingerprint image read with the capacitive fingerprint sensor. ポリイミド膜の強度を説明する図である。It is a figure explaining the intensity | strength of a polyimide film. 容量型の指紋センサの原理を説明する要部模式図であり、(A)は指紋センサを構成する半導体装置の要部断面模式図であり、(B)は指紋センサの要部平面模式図である。It is a principal part schematic diagram explaining the principle of a capacitive fingerprint sensor, (A) is a principal part cross-sectional schematic diagram of the semiconductor device which comprises a fingerprint sensor, (B) is a principal part schematic diagram of a fingerprint sensor. is there.

符号の説明Explanation of symbols

10 Si基板
11 素子分離領域
12 ウェル
13 ゲート絶縁膜
14 ゲート電極
15 絶縁層
16 ソース/ドレイン領域
17 MOSトランジスタ
18 SiON膜
19,30,31,40,42,50 TEOS−NSG膜
20,32 W層
21,33 Al配線層
41 SOG膜
43a,43b TiN膜
44 TiN層
51 SiN膜
52 パッド部
53 ESDホール部
60 レジスト
61 非感光性ポリイミド膜
10 Si substrate 11 Element isolation region 12 Well 13 Gate insulating film 14 Gate electrode 15 Insulating layer 16 Source / drain region 17 MOS transistor 18 SiON film 19, 30, 31, 40, 42, 50 TEOS-NSG film 20, 32 W layer 21, 33 Al wiring layer 41 SOG film 43a, 43b TiN film 44 TiN layer 51 SiN film 52 Pad part 53 ESD hole part 60 Resist 61 Non-photosensitive polyimide film

Claims (8)

絶縁層を介して皮膚表面とセンサ電極との容量を検出し、前記皮膚表面の形状を検出する半導体装置の製造方法において、
前記センサ電極上に酸化シリコンを含む第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上に窒化シリコンを含む第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜上にポリイミドを含む第3の絶縁膜を形成する工程と、
を有し、
前記絶縁層は、前記第1の絶縁膜、前記第2の絶縁膜、及び前記第3の絶縁膜を有し、
前記第3の絶縁膜を形成する工程は、前記第3の絶縁膜を加熱して硬化させる工程を含み、
前記第3の絶縁膜は、前記半導体装置の最上層に形成され、膜厚が400nm以上700nm以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the method of manufacturing a semiconductor device for detecting the capacitance between the skin surface and the sensor electrode through the insulating layer and detecting the shape of the skin surface,
Forming a first insulating film containing silicon oxide on the sensor electrode;
Forming a second insulating film containing silicon nitride on the first insulating film;
Forming a third insulating film containing polyimide on the second insulating film;
Have
The insulating layer includes the first insulating film, the second insulating film, and the third insulating film,
The step of forming the third insulating film includes a step of heating and curing the third insulating film,
The third insulating film, the formed on the uppermost layer of the semiconductor device, a method of manufacturing a semiconductor device, wherein the film thickness is 400nm or more 700nm or less.
前記第3の絶縁膜の材質がエステル系ポリイミドであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The method according to claim 1, wherein a material of the third insulating film is an ester-based polyimide.
前記第3の絶縁膜を硬化させる工程は、前記第3の絶縁膜を350℃以上380℃以下に加熱する工程を含むことを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of curing the third insulating film includes a step of heating the third insulating film to 350 ° C. or higher and 380 ° C. or lower. 前記第3の絶縁膜を硬化させる工程は、窒素ガスまたは不活性ガスまたは前記窒素ガス及び前記不活性ガスの混合ガスを110リットル/分以上流入させ、前記窒素ガスまたは前記不活性ガスの雰囲気内で前記第3の絶縁膜を硬化させること特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 In the step of curing the third insulating film, nitrogen gas, an inert gas, or a mixed gas of the nitrogen gas and the inert gas is flowed in at least 110 liters / minute, and the atmosphere of the nitrogen gas or the inert gas is injected. in the third method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that curing the insulating film. 前記第3の絶縁膜を硬化させる工程の前に、前記第3の絶縁膜を190℃以上240℃以下に設定し、60秒以上240秒以下の時間で予備加熱を行う工程を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 Characterized in that it has prior to the step of curing the third insulating film, the third insulating film is set to 190 ° C. or higher 240 ° C. or less, a step of performing pre-heated in a 60 seconds 240 seconds or less than A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4. 前記予備加熱を行う工程は、前記窒素ガスまたは前記不活性ガスまたは前記混合ガスの雰囲気内で前記予備加熱を行うことを特徴とする請求項記載の半導体装置の製造方法。 Wherein the step of performing a pre-heating method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, characterized in that said pre-heated in an atmosphere of the nitrogen gas or the inert gas or the mixed gas. 前記予備加熱を行う工程の後に、120分以内に前記第3の絶縁膜の硬化を行うことを特徴とする請求項5または6記載の半導体装置の製造方法。 7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5 , wherein the third insulating film is cured within 120 minutes after the preliminary heating step . 前記第3の絶縁膜を硬化させる工程の後に、アッシング処理により前記第3の絶縁膜の表面を前記第3の絶縁膜の膜厚が45nm以上55nm以下減少するように除去する工程を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 After said third insulating film Ru cured step, the surface of the third insulating film by ashing treatment, the third step of the thickness of the insulating film is divided so as to reduce 55nm less than 45nm A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, comprising:
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